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Artigo de método

Potenciais relacionados a eventos somatossensorial de pele Orofacial estiramento Estimulação

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DOI:

10.3791/53621

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18 de dezembro de 2015

 ,  , 
1Haskins Laboratories, 2Speech and Cognition Department, Gipsa-lab, CNRS, 3Univ. Grenoble-Alpes, 4Department of Psychology, McGill University, 5School of Communication Science and Disorders, McGill University

Neste artigo

Resumo

Este artigo apresenta um método para obter potenciais relacionados a eventos somatossensoriais após estimulação do estiramento da pele orofacial. O método atual pode ser usado para avaliar a contribuição dos aferentes somatossensoriais tanto para a produção da fala quanto para a percepção da fala.

Resumo

O processamento cortical associado à função somatossensorial orofacial na fala tem recebido atenção experimental limitada devido à dificuldade de fornecer estimulação precisa e controlada. Este artigo apresenta uma técnica para registrar potenciais relacionados a eventos somatossensoriais (ERP) que usa um novo método de estimulação mecânica envolvendo deformação da pele usando um dispositivo robótico. A deformação controlada da pele facial é usada para modular as entradas cinestésicas por meio da excitação dos mecanorreceptores cutâneos. Ao combinar a estimulação somatossensorial com o registro eletroencefalográfico, as respostas evocadas somatossensoriais podem ser medidas com sucesso no nível do córtex. A estimulação somatossensorial pode ser combinada com a estimulação de outras modalidades sensoriais para avaliar as interações multissensoriais. Para a fala, a estimulação orofacial é combinada com a estimulação do som da fala para avaliar a contribuição do processamento multissensorial, incluindo os efeitos das diferenças de tempo. A capacidade de controlar com precisão a estimulação somatossensorial orofacial durante a percepção da fala e a produção da fala com a gravação do ERP é uma ferramenta importante que fornece uma nova visão sobre a organização neural e as representações neurais da fala.

Introdução

Produção da fala é dependente tanto da informação auditiva e somatossensorial. O auditiva e feedback somatossensorial ocorrer em combinação, desde as primeiras vocalizações produzidas por uma criança e ambos estão envolvidos na aprendizagem motora da fala. Resultados recentes sugerem que processos contribuem para a percepção somatossensoriais, bem como de produção. Por exemplo, a identificação dos sons da fala se altera quando um dispositivo de autómato, estica a pele facial como participantes ouvir a estímulos auditivos 1. Sopros de ar para o rosto que coincidem com estímulos de fala auditivos alterar julgamentos perceptivos 2 participantes.

Estes efeitos somatossensoriais envolvem a activação de mecanorreceptores cutâneas em resposta à deformação da pele. A pele é deformada de várias maneiras, durante o movimento, e mecanorreceptores cutâneas são conhecidos por contribuir para cinestésica 3,4 sentido. O papel cinestésica de mecanorreceptores cutâneas é demôniostrated por descobertas recentes 5-7 que as tensões relacionadas com o movimento da pele são adequadamente percebidas como flexão ou extensão de movimento, dependendo do padrão de estiramento da pele 6. Sobre o curso de formação motora da fala, que é a repetição do enunciado discurso específico com discurso estiramento da pele facial concomitante, padrões articulatórios mudar de forma adaptativa 7. Estes estudos indicam que a modulação estiramento da pele durante a ação fornece um método para avaliar a contribuição de aferentes cutâneos para a função cinestésica do sistema sensório-motor.

A função cinestésica de mecanorreceptores cutâneas orofaciais tem sido estudada principalmente através de métodos psicofisiológicos 7,8 e microeletrodos recodificação de nervos sensoriais 9,10. Aqui, o protocolo actual centra-se na combinação de estimulação somatossensorial orofacial associada a deformação pele facial e potencial (ERP) de gravação de evento relacionado. ºé procedimento tem o controle experimental preciso sobre a direção eo momento da deformação da pele facial usando um dispositivo robótico controlado por computador. Isto permite-nos testar hipóteses específicas sobre a contribuição somatossensorial para a produção da fala e percepção seletiva e precisamente por deformar a pele do rosto em uma ampla gama de orientações durante a aprendizagem motora da fala e diretamente na produção da fala e percepção. Gravação de ERP são utilizados para avaliar de forma não invasiva o padrão temporal e ao momento da influência da estimulação somatossensorial sobre os comportamentos orofaciais. O protocolo atual, em seguida, pode avaliar os correlatos neurais da função cinestésica e avaliar a contribuição do sistema somatossensorial para o processamento da fala, fala e fala produção percepção.

Para mostrar a utilidade da aplicação da estimulação estiramento da pele para a gravação de ERP, o protocolo que se segue concentra-se na interacção de somatossensorial e auditivo entrada no discurso perception. Os resultados destacam um método potencial para avaliar a interação somatossensorial-auditiva no discurso.

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Protocolo

O protocolo experimental atual segue as diretrizes de conduta ética de acordo com o Comitê de Investigação Humana da Universidade de Yale.

1. Electroenchephalopgaphy (EEG) Preparação

  1. Meça o tamanho da cabeça para determinar a tampa EEG apropriado.
  2. Identificar a localização do vértice por encontrar o ponto médio entre nasion e inion com uma fita métrica.
  3. Coloque a tampa EEG na cabeça usando o vértice pré-determinado como Cz. Examine Cz novamente depois de colocar a tampa, utilizando uma fita métrica como feito em 1.2. Note-se que a tampa do EEG é equipado com suportes de eléctrodo e a colocação dos eléctrodos (64) ou suportes baseia-se num sistema de 10-20 modificada com sistema de coordenadas pré-determinado com base em Cz 11.
    Nota: Este aplicativo representante usa uma configuração de 64 eletrodo para avaliar as mudanças de distribuição no couro cabeludo e para análise fonte. Para aplicações mais simples (relacionados a eventos possíveis mudanças na amplitude e latência) using menos eléctrodos são possíveis. Há dois eletrodos adicionais para solo no sistema de EEG usados ​​aqui. Esses detentores do eléctrodo são também incluídos no tampão.
  4. Aplique gel eletrodo nos suportes de eletrodos utilizando uma seringa descartável.
  5. Anexar eletrodos de EEG (incluindo eléctrodos de terra) para os eletrodos correspondentes titulares os rótulos dos eletrodos e para os titulares de eletrodos sobre a tampa do eletrodo.
  6. Limpe a superfície da pele com compressas embebidas em álcool.
    Nota: Para eléctrodos para detecção de movimento dos olhos (electro-oculografia), os locais de pele são acima e abaixo do olho direito (olho movimento vertical), e lateralmente ao canto externo do olho dos olhos ambos (movimento ocular horizontal); para a estimulação somatossensorial lateral pele ao ângulo oral é limpo.
  7. Encha os quatro eletrodos eletro-oculografia com o gel do eletrodo e garantir os eletrodos com fita dupla face aos sites anotados em 1.6.
  8. Prenda todos os cabos de força, usando uma cinta de velcro. Se required, tape os cabos ao corpo do participante ou de outros locais que não introduzem qualquer ruído elétrico ou mecânico adicional.
  9. Posicione o participante na frente do monitor e do robô para a estimulação somatossensorial. Prenda todos os cabos de força novamente como em 1.8.
  10. Ligue a EEG e eletrodos eletro-oculografia (incluindo os eletrodos de aterramento) nos conectores apropriados (etiqueta correspondentes e forma conector) na caixa de amplificador do sistema de EEG.
  11. Verifique se os sinais de EEG são artefato livre e que o valor de compensação está em uma faixa aceitável (<50 mV ou menor). Se sinais ruidosos ou grandes deslocamentos que geralmente são indicativos de alta impedância são encontrados, corrigir esses sinais de eletrodos, adicionando gel EEG adicional e / ou reposicionamento de cabelo que está diretamente sob o eletrodo.
  12. Inserir os fones de ouvido compatíveis com EEG e confirmar que o nível de som está em uma faixa confortável com base no relatório em questão.
2. Somatossensorial Estimulação

Nota: O protocolo atual aplica-se o estiramento da pele facial com a finalidade de estimulação somatossensorial. A configuração experimental com o sistema de EEG é representado na Figura 1. Os detalhes do dispositivo de estimulação somatosensorial foram descritos nos estudos anteriores 1,7,12-14. Resumidamente, duas presilhas de plástico pequenas (2 cm de largura e 3 cm de altura) são unidas com fita dupla face para a pele facial. As guias estão ligados ao dispositivo robótico usando a corda. O robô gera cargas sistemáticas de estiramento da pele de acordo com projetos experimentais. O protocolo de configuração para gravação de ERP é a seguinte:

  1. Coloque a cabeça do participante no encosto de cabeça, a fim de minimizar o movimento da cabeça durante a estimulação. Remova cuidadosamente os cabos de força entre a cabeça do participante e encosto de cabeça.
  2. Peça ao participante para segurar o interruptor de segurança para o robô.
  3. Anexar presilhas de plástico paraa localização da pele alvo usando fita dupla face para a estimulação somatossensorial. Os resultados representativos para a 12,13, em que o alvo é a pele de lateral para o ângulo oral, colocar o centro das abas no modiolus, alguns mm lateral ao ângulo oral com o centro das abas aproximadamente à mesma altura do ângulo oral.
  4. Ajuste a configuração da cadeia, suportes de corda eo robô a fim de evitar eletrodos e cabos de EEG.
  5. Aplique algumas trechos da pele facial (um ciclo sinusoid em 3 Hz com uma força máxima de 4 N) para verificar artefatos devido ao estímulo (geralmente observado como amplitude relativamente grande e menor freqüência comparada com a resposta eletrofisiológica). Se os artefatos são observados nos sinais de EEG, volte para 2,4.

Gravação 3. ERP

  1. Explique a tarefa experimental para o assunto e fornecer provas práticas (um bloco = 10 ensaios ou menos) para confirmar se o assunto understands claramente a tarefa.
    Nota: A tarefa experimental e apresentação do estímulo para a gravação de ERP são preprogramed em software para apresentação do estímulo.
    1. No teste de representante com somatossensorial combinados e estimulação auditiva 12, aplicar a estimulação somatossensorial associada a deformação da pele para a pele de lateral para o ângulo oral. O padrão de estiramento é um sinusoid um ciclo (3 Hz) com uma força máxima de 4 N. A única fala voz sintetizada que está a meio caminho de um continuum de som de 10 passos entre "cabeça" e "tinha" é usado para a estimulação auditiva.
    2. Apresentar ambos os estímulos separadamente ou em combinação. Na estimulação combinada, teste três horários de início (90 ms de chumbo e lag, e simultâneas em somatossensorial e auditivas onsets: ver Figura 3A).
    3. Randomize a apresentação de cinco estímulos (somatossensorial sozinho, auditivo sozinho e três combinado:. Ligação, simult e lag). Varie o intervalo inter-julgamento entre 1.000 e 2.000 ms, a fim de evitar a antecipação e habituação. A tarefa experimental é identificar se o som de fala apresentado, que é o som que é acusticamente intermediário entre o "cabeça" e "tinha", era "cabeça" pressionando uma tecla em um teclado. Na condição sozinho somatossensorial, em que há há estimulação auditiva, os participantes são instruídos a responder não "cabeça".
    4. Juízos participantes recordes e o tempo de reacção do início do estímulo à imprensa chave usando o software de apresentação do estímulo. Peça ao participante para olhar um ponto de fixação na tela, a fim de reduzir artefatos devido a olho-movimento.
    5. Remova o ponto de fixação a cada 10 estímulos para uma curta pausa. (Veja também outro exemplo de tarefa eo estímulo de apresentação 12,13)
  2. Inicie o software para gravação de ERP em 512 Hzamostragem, que também registra o tempo de início da estimulação no cronograma de dados do ERP. Note-se que as marcas de tempo da estimulação, que também inclui as informações sobre o tipo de estimulação, são enviados para todos os estímulos do software para a apresentação do estímulo. Os dois programas (para gravação de ERP e para a apresentação do estímulo) estão rodando em dois computadores separados que estão conectados através de uma porta paralela.
  3. Defina o software para a estimulação somatossensorial para o modo de espera de disparo e, em seguida, iniciar a apresentação do estímulo pela ativação do software para apresentação do estímulo. Note que o software para a estimulação somatossensorial também está rodando em um PC separado dos outros dois PCs. Ficha 100 ERPs por condição.
    Nota: Um sinal de disparo para a estimulação somatosensorial é recebida através de um dispositivo de entrada analógico, que é ligado a um dispositivo de saída digital no PC para a estimulação sensorial. Estimulação somatossensorial único é produzido por um gatilho.

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Resultados

Esta seção apresenta potenciais representativos relacionados a eventos em resposta à estimulação somatossensorial resultante da deformação da pele facial. A montagem experimental é representado na Figura 1. Sinusoidal estimulação foi aplicada à pele facial lateral, para o ângulo via oral (ver a Figura 3A como referência). Uma centena de ensaios de estiramento foram registrados para cada participante com 12 participantes testados no total...

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Discussão

Os estudos aqui apresentados fornecem evidência que a estimulação somatosensorial controlada com precisão, que é produzida pela deformação da pele facial induz ERPs corticais. Aferentes cutâneas são conhecidos como uma rica fonte de informação cinestésica 3,4 em circulação membro humano 5,6 e fala movimento 7,8,21. Esticando a pele facial de uma forma que reflete o sentido do movimento real durante discurso induz um sentido cinestésico semelhante ao movimento correspondente. O método act...

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Divulgações

Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

Este trabalho foi financiado pelo Instituto Nacional de Surdez e Outros Distúrbios de Comunicação Grants R21DC013915 e R01DC012502, as ciências naturais e do Conselho de Investigação do Canadá Engenharia e do Conselho Europeu de Investigação no âmbito do Sétimo Programa-Quadro da Comunidade Europeia (/ 2007-2013 Acordo FP7 Grant não 339,152. ).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Sistema de gravação de EEGBiosemiActiveTwo
Robotic decice para estiramento da peleGeomagicPhantom Premium 1.0
Fones de ouvido compatíveis com EEGPesquisa etimóticaER3A
Software para estimulação visual e auditivaSistemas NeurocomportamentaisApresentação
Gel de eletrodoParker Laboratories, INCFita dupla face Signa gel
3M1522
Seringa descartávelMonoject412 Ponta
Dispositivo de entrada analógicaNational Instuments PCI-6036E
Dispositivo de saída degitalMedição de computaçãoUSB-1208FS
Curva

Referências

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